O documento discute a comunicação e a informação ao longo da história, desde a coleta primitiva de informações para sobrevivência até o desenvolvimento de instrumentos científicos complexos. Aborda também como as ondas transportam energia sem matéria, caracterizando ondas mecânicas e eletromagnéticas, e detalha o sistema auditivo humano e a produção de sons.

1. Comunicação e informação

4. Coleta de informações- Orgãos sensoriais

7. Coleta de informação era essencial - proteção contra predadores - busca de alimentos

10. Sofisticação

16. É sabido, mas muitas vezes esquecido que a ciência é uma construção humana e como tal, está repleta de contradições e dúvidas, mas, ainda assim, é determinante para o domínio político e econômico. “A ciência contemporânea, construída especialmente no mundo ocidental nos últimos três séculos, tornou-se uma cultura global como parte de um processo amplo e contraditório, de caráter político e também econômico, que promoveu ganhos e perdas culturais, progresso e miséria material, equívocos e conquistas intelectuais. De toda forma ela se tornou um instrumento de pensar e do fazer de tal forma essencial, que privar qualquer sociedade atual da cultura científica é, em muitos aspectos, sentenciá-la a duradoura submissão econômica e a provável degradação social e, porque não dizer, é também excluí-la de uma bela aventura do espírito humano”(Menezes, notas de aula, 2001, p.4).

17. Ondas

18. Fenômenos muito diferentes entre si, como o som, a luz, os sinais de rádio e os terremotos, têm em comum característica de serem ondas. De fato, costumamos falar em ondas sonoras, ondas luminosas, ondas de rádio e ondas sísmicas. O conceito de onda é bastante abrangente, pois é utilizado em todos os campos da Física. Quando jogamos uma pedra na água, forma-se, no ponto em que ela cai, uma perturbação em forma de círculo que se alarga com o passar do tempo: sobre a superfície da água é criada uma onda que se propaga rumo ao exterior. No entanto, o movimento dessa perturbação, que vai alcançando pontos cada vez mais distantes, não constitui um transporte de matéria.

19. PONTE DE TACOMA

20. Ponte de Tacoma 7/11/1940

22. Propriedade fundamental de uma onda: - transporta energia, sem propagação de matéria; - a energia passa, mas meio fica.

24. Ondas mecânicas: são produzidas pela deformação de um meio material. - precisam de um meio material para se propagar - som, ondas numa corda, ondas em líquidos Ondas tridimensionais ondas unidimensionais ondas bidimensionais

27. Ondas eletromagnéticas: São produzidas por cargas elétricas aceleradas.- além de se propagarem em meios materias, também se propagam no vácuo - raio gama, raio x, ultravioleta, luz visível, infravermelho, microondas, ondas de rádio e tv, rede elétirca

30. Frequência

31. Período

32. Comprimento

33. Velocidade de propagação

37. Comprimento de onda:  Crista  vale 

43. l = 4 m

44. b)v = l.F

45. V = 4 . 20

48. = 6/10.2

49. = 6/20

50. = 0,3 mDS = 6 m Dt = 10 s F = 2 Hz l = ?

52. = 3.108/106

53. = 3.108.10-6l = 3.102m V = l.F F = 1000 kHz F = 103.10³Hz F = 106Hz

56. l

68. Exemplos de aplicação 1) U. F. Juiz de Fora-MG O “conduto auditivo” humano pode ser representado da forma aproximada por um tubo cilíndrico de 2,5 cm de comprimento (veja a figura). (Dado: velocidade do som no ar: 340 m/s) A freqüência fundamental do som que forma ondas estacionárias nesse tubo é: Fn = n.v / 4.L n = 1,3,5… F1 = 1 . 340 / 4 . 2,5 . 10-2 F1 = 3400 Hz = 3,4 kHz L = 2,5 cm = 2,5.10-2m v = 340 m/s F1=?

69. Exemplos de aplicação 2) Um tubo de comprimento L1, aberto nas duas extremidades, e um outro de comprimento L2, aberto apenas numa das extremidades, têm mesma frequência fundamental de vibração. Calcule L1/L2. Considerando que a velocidade do som No interior dos tubos é a mesma temos: Aberto: Fechado: F1a = 1 . V / 2.L1 F1F = 1.V / 4.L2 Aberto nas duas extremidades Fn = n.v / 2.L n = 1,2,3,4… Aberto numa das extremidades Fn = n.v / 4.L n = 1,3,5… F1a = F1F

71. O efeito Doppler Esse efeito, foi explicado pelo austríaco Christian Doppler (1803-1853) em 1843 e tem aplicações importantes. Foi por meio dele que aprendemos que o Universo vem se expandindo desde que surgiu no big bang. O astrofísico americano Edwin Hubble (1889-1953), em 1929, descobriu que as galáxias distantes estão, quase sem exceção, se afastando muito rapidamente de nós. Se a velocidade com que a galáxia se afasta for realmente grande, a luz que ela envia e chega até nós terá um desvio para frequências mais baixas, do mesmo modo que o som de uma buzina se afastando fica mais grave.

74. Explicando o efeito Doppler . Na aproximação: a frequência percebida(fo) é maior que a frequência da fonte (ff)

76. Explicando o efeito Doppler . No afastamento: a frequência percebida(fo) é menor que a frequência da fonte (ff)

78. Explicando o efeito Doppler Para o efeito Doppler sonoro temos: Vs – velocidade do som em relação ao solo. Vo – velocidade do ouvinte em relação ao solo. Vf – velocidade da fonte em relação ao solo. ff – frequência da fonte. fo – frequência ouvida. Os sinais + ou – devem ser usados Com base no referencial acima

79. Um trem apita com frequência de 400 Hz. Você é um observador estacionário e ouve o apito, mas o ouve com frequência de 440 Hz. Qual é a velocidade com que o trem se aproxima de você? dado: vs = 340 m/s. Como a frequência ouvida é maior que a frequência emitida pela fonte, concluimos que o trem (fonte) está se aproximando do ouvinte, assim, de acordo com o referencial sua velocidade será negativa. ff = 400 Hz fo = 440 Hz Vo = 0 Vs = 340 m/s Vf = ? 440 / (340 +0) = 400 / (340 - Vf) (340 - Vf) = 400 . 340 / 440 340 – Vf = 309 Vf = 31 m/s

81. A velocidade do somO som, como sabemos, viaja através de ondas, usando um meio de propagação, no caso o ar, mas ele pode se propagar em outros meios, sejam estes sólidos ou líquidos. Essas ondas provocam variações de pressão no meio em que se propagam, que ao chegar em nosso timpano, causam a sensação fisiológica do som. A velocidade do som no ar em condições normais é de 340 m/s, entretanto essa velocidade pode variar de acordo com a temperatura e densidade do meio.

83. Velocidade do som em alguns meios

84. Exemplo de aplicação Um observador ouve duas vezes, com 22 s de intervalo, uma explosão que se produziu no mar e cujo barulho se propagou pela água e pelo ar. A que distância está o observador do lugar da explosão, sabendo-se que a velocidade do som é de 340 m/s no ar e 1 440 m/s na água? 9792 m Fazendo (I) = (II) 1440.t = 340.t + 7480 1100.t = 7480 t = 6,8 s Portanto para t = 6,8s em (I) temos: S = 1440.6,8 S = 9792 m Pela água: S = SO + Va.t S = 0 + 1440.t S = 1440.t (I) Pelo ar: S = SO + VAR .T S = 0 + 340. (t + 22) S = 340.t + 7480 (II)

86. Propriedade fundamental de uma onda:transporta energia sem transportar matéria.

87. As ondas, têm outras propriedades além da fundamental. InterferênciaPolarização ReflexãoDifração Refração

88. Reflexão de ondas: Quando uma onda que se propaga em um dado meio encontra uma superfície que separa esse meio do outro, ela pode, totalmente ou parcialmente, retornar ao meio em que estava se propagando. Nota: Na reflexão o comprimento de onda, a velocidade e a frequência da onda não variam.

89. Reflexão de ondas em cordas Extremidade fixa Se a extremidade é fixa, o pulso sofre reflexão com inversão de fase, mantendo todas as outras característica Extremidade livre Se a extremidade é livre, o pulso sofre reflexão e volta ao mesmo semiplano, isto é, ocorre sem inversão de fase.

90. Extremidade fixa

91. Extremidade livre

92. Interferência Princípio da superposição:

93. Refração: A refração ocorre quando a onda muda seu meio de propagação. Neste caso, sua velocidade e seu comprimento mudam, mas a frequência permanece a mesma. Ondas em cordas Ondas eletromagnéticas (luz)

96. Cor e velocidade da luz { Vermelho – menor F Alaranjado Amarelo Verde Azul Anil Violeta – maior F veralam-verazanvi Luz branca solar A velocidade da luz na matéria varia de uma cor para outra. Quanto mais a velocidade da luz é reduzida numa refração, maior será o desvio na sua propagação.

97. Refração: A refração ocorre quando a onda muda seu meio de propagação. Neste caso, sua velocidade e seu comprimento mudam, mas a frequência permanece a mesma. Lembrar: V = l= l.F T V – velocidade da onda no meio T – período F – Frequência l – comprimento

98. Cor e frequência: No intervalo do espectro eletromagnético correspondente à luz visível, cada frequência determina a sensação de uma cor.

99. Transmissão seletiva e dispersão

101. 1580 - 1626 1596 - 1650 Lei de Snell – Descartes n1.senq1 = n2.senq2 n – índice de refração Cálculo do índice de refração: n = c/v c – velocidade da luz no vácuo v – velocidade da luz no meio índice de refração relativo: n1,2 = n1/n2 N

103. Reflexão total e dispersão: A reflexão total ocorre quando a luz vai do meio mais refringente para o meio menos refringente e incide na fronteira entre os dois meios com um ângulo limite dado por: n1.senq1 = n2.senq2 n2>n1 n1sen90º = n2.senL senL = n1/n2 = V2/V1

104. (Vunesp-SP) A figura mostra, esquematicamente, o comportamento de um raio de luz que atinge um dispositivo de sinalização instalado numa estrada, semelhante ao conhecido “olho de gato”. De acordo com a figura, responda: que fenômenos ópticos ocorrem nos pontos I e II? que relação de desigualdade o índice de refração do plástico deve satisfazer para que o dispositivo opere adequadamente, conforme indicado na figura. I – reflexão total II – refração b) nplástico>nar

105. 1) UEMS Um raio de luz, propagando-se no ar incide sobre uma placa de vidro conforme mostra a figura. Sendo o índice de refração do ar nar = 1, qual é o índice de refração do vidro? nar.senqar = nv.senqv 1.sen60º = nv.sen45º √3/2 = nv.√2/2 √6/2 = nv nv≈1,22 2) Unifor-CE No vácuo, ou no ar, a velocidade da luz é de 3,0 .108 m/s. Num vidro, cujo índice de refração é 1,50, a velocidade da luz é, em m/s? n = c/v 1,5 = 3.108/v v = 3.108/1,5 v = 2.108m/s

106. 3) Fatec-SP A figura abaixo mostra um feixe de raios luminosos monocromáticos que se propaga através de um meio transparente A. Ao atingir outro meio transparente e homogêneo B, uma parte do feixe se reflete (II) e outra refrata (III). A respeito dessa situação é correto afirmar que: a) ela não é possível. b) o meio A pode ser o vácuo. c) o meio B pode ser o vácuo. d) a velocidade dos raios luminosos do feixe II é a mesma que a dos raios luminosos do feixe III. e) o ângulo (α) que o feixe incidente (I) forma com a superfície de separação é maior que o ângulo que o feixe refletido (II) forma com a mesma superfície (β). Resp.: c)

107. 5) UFBA Na figura abaixo, estão representados três raios luminosos, a, b e c, emitidos pela fonte S, localizada no interior de um bloco de vidro. Considere o índice de refração do vidro nv = 1,5, o índice de refração do ar nar = 1 e a velocidade de propagação da luz no ar c = 3,0 x 108 m/s. Nessas condições, é correto afirmar: (01) O ângulo de reflexão que o raio a forma com a normal é diferente do ângulo de incidência. (02) O raio luminoso, ao ser refratado passando do vidro para o ar, afasta-se da normal. (04) A reflexão interna total pode ocorrer, quando o raio luminoso incide do ar para o vidro ou do vidro para o ar. (08) A velocidade de propagação da luz, no vidro, é igual a 2,0 x 108 m/s. (16) O ângulo crítico θc, a partir do qual ocorre a reflexão interna total, é dado por θc = arc sen (2/3). (32) O fenômeno da difração ocorre quando a luz atravessa um orifício de dimensões da ordem de grandeza do seu comprimento de onda. Resp.: (2+8+16+32) = 58

108. Um feixe de luz vermelha, emitido por um laser, incide sobre a superfície da água de um aquário, como representado nesta figura: O fundo desse aquário é espelhado, a profundidade da água é de 40 cm e o ângulo de incidência do feixe de luz é de 50°.Observa-se, então, que esse feixe emerge da superfície da água a 60 cm do ponto em que entrou. Sabe-se que, na água, a velocidade de propagação da luz diminui com o aumento de sua freqüência. Considerando essas informações, a) TRACE, na figura apresentada, a continuação da trajetória do feixe de luz até depois de ele sair da água. JUSTIFIQUE sua resposta. b) CALCULE o índice de refração da água nessa situação. Dado que o sen 50° = 0,766 Em seguida, usa-se outro laser que emite luz verde. Considerando essa nova situação, c) RESPONDA: A distância entre o ponto em que o feixe de luz verde entra na água e o ponto em que ele emerge é menor, igual ou maior que a indicada para o feixe de luz vermelha. JUSTIFIQUE sua resposta. A) Ao sofrer refração a luz muda seu meio propagação. Neste caso, sua velocidade pode aumentar ou dimimuir, assim como seu ângulo de refração em relação à normal. Quando o índice de rafração do meio aumenta, velocidade e ângulo diminuem; quando o índice de rafração diminui, velocidade e ângulo aumentam.

109. b) CALCULE o índice de refração da água nessa situação. Dado que o sen 50° = 0,766. Em seguida, usa-se outro laser que emite luz verde. Considerando essa nova situação, c) RESPONDA: A distância entre o ponto em que o feixe de luz verde entra na água e o ponto em que ele emerge é menor, igual ou maior que a indicada para o feixe de luz vermelha. JUSTIFIQUE sua resposta. Vermelho – menor F Alaranjado Amarelo Verde Azul Anil Violeta – maior F sen ? = 30/50 sen ? = 0,6 nar.sen50° = nágua.sen? 1.0,766 = nágua.0,6 nágua ≈ 1,28 a distância será menor, pois para luz verde o ângulo de refração será menor, ou seja, a luz verde se aproximará mais normal.

110. Fuvest-SP Em agosto de 1999, ocorreu o último eclipse solar total do século. Um estudante imaginou, então, uma forma de simular eclipses. Pensou em usar um balão esférico e opaco, de 40 m de diâmetro, que ocultaria o Sol quando seguro por uma corda a uma altura de 200 m. Faria as observações, protegendo devidamente sua vista, quando o centro do Sol e o centro do balão estivessem verticalmente colocados sobre ele, num dia de céu claro. Considere as afirmações abaixo, em relação aos possíveis resultados dessa proposta, caso as observações fossem realmente feitas, sabendo-se que a distância da Terra ao Sol é de 150 x 108 km e que o raio do Sol é 0,75 x 106 km, aproximadamente. I. O balão ocultaria todo o Sol: o estudante não veria diretamente nenhuma parte do Sol. II. O balão é pequeno demais: o estudante continuaria a ver diretamente partes do Sol. III. O céu ficaria escuro para o estudante, como se fosse noite. Está correto apenas o que se afirma em a) I b) II c) III d) I e III e) II e III

111. O semicírculo de vidro da figura abaixo é concêntrico com o transferidor, e a normal à face plana do semicírculo passa pelo zero da escala do transferidor. a) Fazendo uso da tabela a seguir faça uma estimativa do índice de refração do vidro. Considere que a velocidade da luz no ar é igual a velocidade da luz no vácuo. b) Observe que o feixe de luz incidente na face curva do bloco não desvia ao passar do vidro para o ar. Explique por que isso ocorre. c) Suponha que o bloco do experimento fosse substituído por outro de faces paralelas, feito do mesmo material. Desenhe na figura 2 a trajetória do feixe nessa nova situação. A) nar.seni = nv.senr nar = C/V = 1 1.sen60° = nv.sen35° 1.0,87 = nv.0,57 nv ≈ 1,53 B) O ângulo de incidência em relação à normal é igual a zero C)

112. Um feixe de luz monocromática, proveniente de um meio óptico A, incide sobre a superfície de separação desse meio com um meio óptico B. Após a incidência, o raio segue por entre os dois meios, não refletindo nem penetrando o novo meio. N Com relação a esse acontecimento, analise: I. O meio óptico A tem um índice de refração maior que o meio óptico B. II. Em A, a velocidade de propagação do feixe é maior que em B. III. Se o ângulo de incidência (medido relativamente à normal à superfície de separação) for aumentado, o raio de luz reflete, permanecendo no meio A. Está correto o contido apenas em a) I e III. b) II e III. c) II. d) I e II. e) III.

113. Refração em dioptros planos - sistema constituido de dois meios transparentes de diferentes refringências, que fazem fronteira plana.

114. N N

115. Equação do dioptro para pequenos ângulos de incidência. N r di = nvai do nvem i

116. Cálculo do desvio lateral (d) sen (i-r) = d/h h = d/sen (i-r) cos r = e/h h = e/cos r d/sen (i-r) = e/cos r d = e.sen(i-r) cos r

117. (UNIFESP) Na figura, P representa um peixinho no interior de um aquário a 13 cm de profundidade em relação à superfície da água. Um garoto vê esse peixinho através da superfície livre do aquário, olhando de duas posições: O1 e O2 Sendo n(água) = 1,3 o índice de refração da água, pode-se afirmar que o garoto vê o peixinho a uma profundidade de a) 10 cm, de ambas as posições. b) 17 cm, de ambas as posições. c) 10 cm em O1 e 17 cm em O2. d) 10 cm em O1 e a uma profundidade maior que 10 cm em O2. e) 10 cm em O1 e a uma profundidade menor que 10 cm em O2. Para o observador próximo de P di/do = nvai / nvem di / 13 = 1/ 1,3 di = 10 cm

118. 1) Temos dificuldade em enxergar com nitidez debaixo da água porque os índices de refração da córnea e das demais estruturas do olho são muito próximos do índice de refração da água (nágua = 4/3). Por isso usamos máscaras de mergulho, o que interpõe uma pequena camada de ar (nar = 1) entre a água e o olho. Um peixe está a uma distância de 2,0 m de um mergulhador, na direção da máscara. Suponha o vidro da máscara plano e de espessura desprezível. Calcule a que distância o mergulhador vê a imagem do peixe. a) 2,0 m b) 3,0 m c) 1,5 m d) 1,2 m e) 1,8 m nar = 1 nágua =4/3 do = 2 m di = ? di/do = nvai/nvem di/2 = 1/4/3 di/2 = ¾ di = 2.3/4 = 1,5 m Resp.: C

119. 2) Para determinar o índice de refração de um líquido, faz-se com que um feixe de luz monocromática proveniente do ar forme um ângulo de 60º em relação à normal, no ponto de incidência. Para que isso aconteça, o ângulo de refração observado é de 30º. Sendo o índice de refração do ar igual a 1,0, determine o índice de refração do líquido. a) √3 b)√3 / 3 c) √3 / 2 d) 3 e) √2 / 2 nar = 1 i = 60° r = 30° nliq = ? nar.seni = nliq.senr 1.sen60° = nliq.sen30° 1.√3/2 = nliq.1/2 nliq = √3 Resp.: A N 60° ar líquido 30°

120. 4) A figura a seguir indica a trajetória de um raio de luz que passa de uma região semicircular que contém ar para outra de vidro, ambas de mesmo tamanho e perfeitamente justapostas. Determine, numericamente, o índice de refração do vidro em relação ao ar. a) 2 b) 1,2 c) 1,5 d) √3 e) √3/2 nar = 1 nvidro = ? nar.seni = nv.senr seni = 3/R senr = 2/R 1.3/R = nv.2/R nv = 3/2 = 1,5 Resp.: C

121. 8) Uma pessoa encontra-se deitada num trampolim, situado a três metros de altura, olhando para a piscina cheia, cuja profundidade é de 2,5 m. Nestas circunstâncias e sabendo-se que a água é mais refringente que o ar, podemos afirmar que a profundidade aparente da piscina será: a) exatamente 2,5 m. b) um valor compreendido entre 2,5 e 3 m. c) um valor maior que 3 m. d) um valor menor que 2,5 m. e) exatamente 3 m. di/do = nvai/nvem di/do = nar/nágua sendo nágua > nar, temos: nar/nágua < 1. di/2,5 = 0,…. di = 2,5 . 0,… di < 2,5 Resp.: D

122. 10) Nas fotos da prova de nado sincronizado, tiradas com câmaras submersas na piscina, quase sempre aparece apenas a parte do corpo das nadadoras que está sob a água; a parte superior dificilmente se vê. Se essas fotos são tiradas exclusivamente com iluminação natural, isso acontece porque a luz que: a) vem da parte submersa do corpo das nadadoras atinge a câmara, mas a luz que vem de fora da água não atravessa a água, devido à reflexão total. b) vem da parte submersa do corpo das nadadoras atinge a câmara, mas a luz que vem de fora da água é absorvida pela água. c) vem da parte do corpo das nadadoras que está fora da água é desviada ao atravessar a água e não converge para a câmara, ao contrário da luz que vem da parte submersa. d) emerge da câmara ilumina a parte submersa do corpo das nadadoras, mas a parte de fora da água não, devido ao desvio sofrido pela luz na travessia da superfície. e) emerge da câmara ilumina a parte submersa do corpo das nadadoras, mas a parte de fora da água não é iluminada devido à reflexão total ocorrida na superfície. Resp.: C

123. 13) Uma lâmina de vidro de faces paralelas, perfeitamente lisas, de índice de refração n, é mergulhada completamente em um líquido transparente de índice de refração também igual a n. Observa-se que a lâmina de vidro torna-se praticamente invisível, isto é, fica difícil distingui-la no líquido. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S): 01) A lâmina de vidro torna-se opaca à luz. 02) A luz, ao passar do meio líquido para a lâmina de vidro, sobre reflexão total. 04) A luz sofre forte refração, ao passar do meio líquido para a lâmina de vidro e, também, desta para o meio líquido. 08) Quando a luz passa do líquido para o vidro, ocorre mudança no seu comprimento de onda. 16) A luz não sofre refração, ao passar do meio líquido para a lâmina de vidro. 32) A luz que se propaga no meio líquido não sofre reflexão ao incidir na lâmina de vidro. 64) A luz sofre desvio, ao passar do líquido para a lâmina e, desta para o líquido, porque a velocidade da luz nos dois meios é diferente. Dê como resposta a soma das alternativas corretas. a) 48 b) 39 c) 96 d) 60 e) 3 nlente = nvidro 16+32 Resp.: A

124. 14) A água sempre foi vital para a sobrevivência humana, inclusive para o homem visualizar através dela e, assim, conseguir o seu alimento. Em algumas tribos indígenas, os guerreiros providenciam alimento através da pesca por lança. Para isso, postam-se à margem dos rios, observando a passagem dos peixes, para neles mirar a lança. Para acertá-los, porém, valem-se de um recurso prático, utilizando, sem saber, um princípio da Física. Se você participasse desse tipo de pescaria, acertaria: a) abaixo da imagem visualizada, por causa do fenômeno da refração, apesar de você e o peixe estarem em meios diferentes. b) na posição da imagem, em virtude de ela corresponder à posição do objeto, mesmo que você e o peixe estejam em meios diferentes. c) acima da imagem visualizada, já que ela corresponde à posição do objeto, pois você e o peixe estão em meios diferentes e, portanto, há o fenômeno da refração. d) acima da imagem visualizada, pois, em virtude do fenômeno da refração, a posição da imagem não corresponde à posição do objeto, uma vez que você e o peixe estão em meios diferentes. e) abaixo da imagem visualizada, pois a luz sofre o fenômeno da refração, devido ao fato de você e o peixe estarem em meios diferentes. Resposta: E

125. Refração em Prisma óptico imerso no ar A N N D i1 - r1 i1 i2 – r2 i2 r1 r2 A A = r1 + r2 (ângulo de refringência ou abertura) D = i1 – r1 + i2 – r2 D = i1 + i2 – (r1 + r2) D = i1 + i2 – A (Desvio total)

126. Prisma e dispersão da luz Prisma de reflexão total